haskell - 为 FFI 测试生成有状态函数指针

Question

我想使用 QuickCheck 作为外部函数的参数生成有状态函数(C 签名 T f())。最好我还想让它们(或它们内部的 s->(T,s))可显示。

我知道对于无状态函数我可以写类似的东西

type Compare = CInt -> CInt -> CBool
foreign import ccall "wrapper"
  mkCompare :: Compare -> IO (FunPtr Compare)

但我在为有状态函数尝试这种方法时遇到了困难，因为我看不出如何将在 Haskell 中隐藏状态的 monad 转换为在 C 中隐藏状态的函数。

有状态函数 f 的示例

static int i = 0;

int f() {
    return i++;
}

在 Haskell 中，我将此函数表示为 State (\s -> (s,s+1))。

QuickCheck 与它有什么关系？

如果我有一个将有状态函数作为参数的 C 函数，例如

int twice(int (*f)()) {
    f();
    return f();
}

然后我可以使用 QuickCheck 测试函数，其中 QuickCheck 可以为 f 生成不同的实现，这通常看起来类似于

prop_total (Fun f) xs = total $ g f xs

但这些生成的函数是无状态的，不像上面的示例 C 函数那样是有状态的。

Answer 1

多亏了 Daniel Wagner 在评论中的建议，我才弄明白了。 Show 实例是免费提供的。这是我运行的一个最小示例

gcc -fPIC -shared -o libstateful.dylib stateful.c && ghc -L. Stateful.hs -lstateful && ./Stateful

正如预期的那样，它将输出大约 50% 的 1(真)和 50% 的 0(假)的分布。

Stateful.hs

import Data.IORef
import Foreign.C
import Foreign.Ptr
import System.IO.Unsafe
import Test.QuickCheck

instance CoArbitrary CInt where
  coarbitrary = coarbitraryIntegral

instance Arbitrary CBool where
  arbitrary = chooseEnum (0,1)
  shrink 1 = [0]
  shrink 0 = []

instance Function CInt where
  function = functionIntegral

type Generator = IO CBool

foreign import ccall "wrapper" mkGenerator :: Generator -> IO (FunPtr Generator)

foreign import ccall "changes" changes :: FunPtr Generator -> IO CBool

type StateFn = CInt -> (CBool,CInt)

stateFnToIORef :: StateFn -> IORef CInt -> IO CBool
stateFnToIORef f s_ref = do
    s <- readIORef s_ref
    let (a,s') = f s
    writeIORef s_ref s'
    pure a

prop_changes :: Fun CInt (CBool,CInt) -> Property
prop_changes (Fn f) = unsafePerformIO (do
    x_ref <- newIORef 0
    f' <- mkGenerator $ stateFnToIORef f x_ref
    res <- changes f'
    pure $ collect res (total res))

main :: IO ()
main = quickCheck prop_changes

stateful.c

_Bool changes(_Bool (*f)()) {
    _Bool x = f();
    _Bool y = f();
    return x != y;
}